專(zhuān)利名稱(chēng)：基于壓電自集能的磁流變隔震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物的隔震裝置。
背景技術(shù)：
隔震結(jié)構(gòu)一般指在房屋基礎(chǔ)、底部或下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置由橡膠隔震支座和阻尼裝置等部件組成具有整體復(fù)位功能的隔震層的建筑結(jié)構(gòu)，可分為兩種形式基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)(建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層)、層間隔震結(jié)構(gòu)(底部或下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層)和二者復(fù)合型結(jié)構(gòu)。隔震層可通過(guò)塑性變形和阻尼，將大部分地震能量消耗，從而減小輸入上部結(jié)構(gòu)的能量。相對(duì)于利用建筑結(jié)構(gòu)自身的塑性變形耗能的傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，隔震結(jié)構(gòu)層間位移小， 上部結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)小，對(duì)重要性建筑、放置精密儀器的建筑或工廠，如醫(yī)院建筑、核電站、 歷史性建筑、電腦中心、政府機(jī)關(guān)、化學(xué)工廠、疾病預(yù)防中心、生命線工程、住宅樓等，隔震結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大的應(yīng)用前景。由于原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于將阻尼和塑性變形特性分開(kāi)考慮并隨意搭配，疊層橡膠支座和阻尼器構(gòu)成的功能復(fù)合型隔震層應(yīng)用比較廣泛。疊層橡膠支座可看作水平彈簧， 提供豎向支撐和水平變形，改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度，增大結(jié)構(gòu)自振周期；阻尼器可提供阻尼， 耗散地震輸入的能量。隔震層中的阻尼器，可采用粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器、摩擦阻尼器、 智能阻尼器等。阻尼器可保證隔震結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)暮哪苣芰?，從而使變形反?yīng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，振動(dòng)盡早收斂。對(duì)應(yīng)不同的地震輸入能量(大震，中震，小震)，隔震結(jié)構(gòu)需要配置與其相當(dāng)?shù)淖枘崃浚谧罴炎枘崃壳闆r下，位移和加速度反應(yīng)都會(huì)顯著降低。智能阻尼器，如磁流變阻尼器，因其可提供較大范圍內(nèi)可調(diào)的阻尼量，以其出力大、低功耗需求、反應(yīng)迅速等特點(diǎn)，表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)。磁流變阻尼器基于磁流變效應(yīng)制作而成。阻尼器中液體(磁流變液，MRFD)主要由非導(dǎo)磁性液體(如水或油)和均勻分散于其中的高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒 (如羥基鐵粉)組成。在外加磁場(chǎng)作用下，其流動(dòng)特性會(huì)發(fā)生顯著的變化，粘度增大、屈服應(yīng)力增加，表現(xiàn)為類(lèi)固體特性；磁場(chǎng)作用撤除時(shí)，其特性又恢復(fù)良好的流動(dòng)特性，見(jiàn)圖2、圖3。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)橡膠——磁流變阻尼器混合隔震技術(shù)開(kāi)展了相關(guān)研究，研究認(rèn)為，該技術(shù)減震效果具有很大的優(yōu)勢(shì)。而在地震中磁流變阻尼器的供電是一個(gè)尤為重要的問(wèn)題。盡管磁流變阻尼器低功耗需求，但地震中能源系統(tǒng)易于遭受破壞，普通電源或者電池供電也易存在突發(fā)性問(wèn)題，如無(wú)預(yù)警的能源枯竭問(wèn)題，定期更換問(wèn)題，在控制中造成很大的不便。磁流變阻尼器，因其阻尼力可調(diào)范圍大、出力大、低功耗需求、反應(yīng)迅速等特點(diǎn)，在半主動(dòng)控制中表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)。在半主動(dòng)控制中，需要通過(guò)傳感器采集速度或位移信號(hào)， 按照主動(dòng)控制算法計(jì)算確定最優(yōu)控制力，根據(jù)磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)，反算電流并由控制電源施加，使得阻尼器的控制力盡可能接近主動(dòng)最優(yōu)控制力。阻尼器實(shí)際工作原理，如圖7 所示阻尼器在不同電流(Itl Imax)作用下的阻尼器出力為速度的一次函數(shù)，如圖7中各條平行直線，在工作中，通過(guò)計(jì)算并由控制電源施加的電流可使得阻尼力在不同的平行直線上取值，從而盡可能接近主動(dòng)最優(yōu)控制力，達(dá)到控制效果?，F(xiàn)有的基于傳感器及控制電源的磁流變隔震裝置存在的問(wèn)題是在工作周期內(nèi)， 電源及傳感器需不定期檢查更換，增加了不必要的人力和物力消耗，且裝置的整體使用壽命也因此縮短；在控制中，需要根據(jù)傳感器采集的速度、位移的大小和方向，由運(yùn)算器控制算法判定最優(yōu)控制力進(jìn)而得到控制電流的大小，最終由控制電源輸出控制，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而增加了裝置的不可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的基于傳感器及控制電源的磁流變隔震裝置，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而增加了裝置的不可靠性的問(wèn)題，提出一種基于壓電自集能的磁流變隔震裝置?；趬弘娮约艿拇帕髯兏粽鹧b置，它包括磁流變阻尼器和隔震墊，它還包括壓電發(fā)電裝置，壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生電能，電能使磁流變阻尼器產(chǎn)生的阻尼力耗散能量，壓電發(fā)電裝置的電流輸出端連接在磁流變阻尼器的電流輸入端。為充分利用磁流變阻尼器，達(dá)到更好的控制效果，本發(fā)明利用壓電發(fā)電技術(shù)為磁流變阻尼器供電。壓電材料耐久性好，能量密度高，可以保證阻尼器安全穩(wěn)定供電需要；相比于基于傳感器及控制電源的磁流變隔震裝置，基于壓電自集能的磁流變隔震裝置不需用傳感器和控制電源等部件即可工作，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有更高的可靠性；壓電發(fā)電裝置將地震中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，既能保證為阻尼器供電，也充分利用了地震能量，實(shí)現(xiàn)以震制震，具有自適應(yīng)性和智能性。兩種磁流變隔震裝置的對(duì)比
權(quán)利要求
1.基于壓電自集能的磁流變隔震裝置，它包括磁流變阻尼器(1)和隔震墊(3)，其特征是它還包括壓電發(fā)電裝置O)，壓電發(fā)電裝置( 產(chǎn)生電能，電能使磁流變阻尼器(1)產(chǎn)生的阻尼力耗散能量，壓電發(fā)電裝置O)的電流輸出端連接在磁流變阻尼器(1)的電流輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電自集能的磁流變隔震裝置，其特征在于壓電發(fā)電裝置 (2)采用壓電堆結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電自集能的磁流變隔震裝置，其特征在于壓電發(fā)電裝置 (2)采用懸臂梁結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于壓電自集能的磁流變隔震裝置，其特征在于壓電發(fā)電裝置(2)采用剪切型壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)。
全文摘要
基于壓電自集能的磁流變隔震裝置，涉及建筑物的隔震裝置，解決了現(xiàn)有的基于傳感器及控制電源的磁流變隔震裝置，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜增加了裝置的不可靠性的問(wèn)題；它包括磁流變阻尼器和隔震墊，它還包括壓電發(fā)電裝置，壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生電能，電能使磁流變阻尼器產(chǎn)生的阻尼力耗散能量，壓電發(fā)電裝置的電流輸出端連接在磁流變阻尼器的電流輸入端，壓電發(fā)電裝置采用地震中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，既能保證為磁流變阻尼器供電，也充分利用了地震能量，實(shí)現(xiàn)以震制震，實(shí)現(xiàn)整套磁流變控制裝置可以根據(jù)地震或者風(fēng)振的大小，自適應(yīng)調(diào)節(jié)阻尼器出力大小，用于防震建筑。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102168459SQ201110111830
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者關(guān)新春, 李惠, 黃永虎 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)